基于Q-DAS分析系統(tǒng)下的曲軸質(zhì)量控制

□ 王 玲 □ 李 運 □ 祁富燕 □ 劉 昊

1.蘭州城市學(xué)院 機械故障與檢測研究所 蘭州 730050

2.蘭州理工大學(xué) 機電工程學(xué)院 蘭州 730050

曲軸數(shù)控柔性生產(chǎn)的特點是不僅可以加工同系列曲軸，還可以加工變型產(chǎn)品、換代產(chǎn)品和新產(chǎn)品，真正具備柔性意義。但在這個復(fù)雜的制造系統(tǒng)中，各個工序之間的尺寸關(guān)系對產(chǎn)品的可靠性有極其重要的影響。傳統(tǒng)的控制方法主要是通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中的運行參數(shù)，通過診斷尋找并消除異常因素，從而達(dá)到改進生產(chǎn)工藝、優(yōu)化操作程序、提高產(chǎn)品質(zhì)量之目的。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，某曲軸生產(chǎn)廠家由于過程控制不利，導(dǎo)致產(chǎn)品的FTQ（First Time Quality）始終維持在90%左右，但當(dāng)引入了Q-DAS［2-3］數(shù)據(jù)輔助分析軟件和二維碼追蹤系統(tǒng)［4］后，實現(xiàn)了對曲軸質(zhì)量［5-8］問題發(fā)生點的及時跟蹤，更好地進行過程控制，使產(chǎn)品的直通率達(dá)到98%以上，對企業(yè)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

1 用于解決質(zhì)量問題現(xiàn)場所使用的方法

1）測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。采用Q-DAS分析系統(tǒng)，這是預(yù)防性控制與質(zhì)量問題的定義；

2）零件的追蹤系統(tǒng)。采用二維碼追蹤系統(tǒng)，記錄每一個零件在每一個工序的加工信息，當(dāng)出現(xiàn)問題時，通過對異常零件進行加工過程的調(diào)查，可以精確地找到發(fā)生問題的機床。

2 分析造成曲軸下線的原因

2.1 曲軸超差下線統(tǒng)計

2011年總生產(chǎn)零件數(shù)量為189 733件。其中直徑超差零件數(shù)量為1 129件，占總零件數(shù)量的0.60%；圓度超差零件數(shù)為792件，占總零件數(shù)量的0.42%；止推面跨度超差零件數(shù)為339件，占總零件數(shù)的0.18%；跳動超差零件數(shù)為318件，占總零件數(shù)的0.17%；凹凸度超差零件數(shù)為283件，占總零件數(shù)的0.15%；加工表面劃傷碰傷零件數(shù)為175件，占總零件數(shù)量的0.09%。

2.2 曲軸超差下線原因分析

造成曲軸下線直徑超差的主要因素曲軸各直徑的加工分為三個工序：粗加工（主軸頸采用車削加工，連桿頸采用銑削加工）-精磨-拋光，最后確定主軸頸、連桿頸直徑精度的工序是拋光，拋光的第一個工步為粗拋，其作用是通過MARPOSS測頭對拋光直徑進行實時監(jiān)控，當(dāng)拋光的直徑達(dá)到設(shè)置要求時，主軸頸會自動松開拋光夾臂，連桿頸會把拋光臂拋光壓力降到低壓，等到最后一個軸頸達(dá)到尺寸后松開夾臂完成拋光，影響主軸頸、連桿頸拋光直徑精度的因素有：

1）測頭不穩(wěn)定，其尺寸統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示：

圖1 直徑尺寸變化

該零件的尺寸及公差為38-0.005-0.017mm，實際加工的零件尺寸分布平均跨度為0.008 mm,雖然從圖1中未發(fā)現(xiàn)有零件尺寸超差的情況出現(xiàn)，但是變化范圍很大，這樣的情況說明機床加工零件的穩(wěn)定性在變差。

2）拋光后產(chǎn)生形狀誤差。由于拋光時每一個軸頸只有一個測量在監(jiān)控，只能對一個直徑節(jié)面進行控制，而終檢機每一個軸頸則測量三個，這樣當(dāng)發(fā)生三個節(jié)面尺寸偏差大的情況時，就會有出現(xiàn)直徑超差的可能。

3 用測量尺寸的統(tǒng)計找質(zhì)量發(fā)生點

3.1 兩臺機床加工尺寸不一致的情況

發(fā)生兩臺機床加工尺寸不一致的情況，其尺寸分布從圖2的直方圖可以看得很明顯 （圖中曲線為尺寸偏差的變化曲線）。分析后認(rèn)為，這種情況只要兩臺機床加工尺寸的分布不分散，就說明單臺機床的加工尺寸穩(wěn)定性好，只是操作者在作尺寸調(diào)整時未把兩臺機床的尺寸中心調(diào)整到比較接近，所以這樣的變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響不是很大。

圖2 尺寸偏差的分布

3.2 離散的尺寸分布

從圖3所示可以看出機床加工尺寸比較分散，說明單臺的機床加工尺寸穩(wěn)定性不好，所以這樣的變化對產(chǎn)品質(zhì)量影響比較大。

圖3 直徑的正態(tài)分布

3.3 有規(guī)律的尺寸波動

曲軸加工的法蘭端到止推面的軸向尺寸統(tǒng)計如圖4所示，從圖4中可以看到尺寸在呈連續(xù)上升趨勢一段時間后尺寸突然下降，然后再連續(xù)上升。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)其尺寸的變化與機床的刀具磨損與換刀時間吻合，尺寸的連續(xù)上升為刀具磨損造成的尺寸變化過程，突然的下降為更換新刀造成的，這樣的尺寸波動情況存在于沒有自動測量和補償?shù)臋C床中。

圖4 法蘭端至止推面尺寸變化

3.4 人為調(diào)整造成的尺寸波動

圖5 為曲軸主軸頸直徑加工尺寸的統(tǒng)計圖，從圖中可看到比較明顯的尺寸上下波動，這是對所加工尺寸調(diào)整控制的結(jié)果：當(dāng)操作員發(fā)現(xiàn)尺寸呈連續(xù)下降的趨勢時，在還未造成尺寸超差之前應(yīng)提前把加工尺寸作一調(diào)整。

圖5 直徑尺寸波動

3.5 尺寸中心偏移大

當(dāng)出現(xiàn)如圖6的情況時，表示機床的加工能力沒有問題，只是該工序所有機床加工的零件尺寸中心點偏下差，此時需要把控制此尺寸工序的所有機床尺寸往上調(diào)整，使之回到公差的中心。

圖6 直徑尺寸變化

3.6 機床溫度上升造成的零件尺寸變化

對于機床溫度變化對零件尺寸的影響狀況，從生產(chǎn)實踐統(tǒng)計中得知所加工的零件尺寸開始有一個明顯的上升趨勢，當(dāng)上升到一定值時，尺寸基本上得到穩(wěn)定，對于此情況作決策時需要準(zhǔn)確把握機床的熱變形特性。圖7中為加工零件隨機床溫度上升而產(chǎn)生的尺寸變化。

圖7 尺寸隨機床溫度變化情況

4 某廠發(fā)動機曲軸線FTQ提升情況

某廠曲軸線目前有機床29臺，共15道加工工序，工序間的零件轉(zhuǎn)移由機械手完成，整線配備了二維碼追蹤系統(tǒng)對零件進行100%的追蹤，每個工序采取多臺機床并行加工的方式。曲軸線的FTQ從2011年1月的90%逐漸提升到2012年1月以后的98%以上的穩(wěn)定狀態(tài)（如圖8所示）。2011初開始，我們嘗試采取QDAS數(shù)據(jù)分析軟件，對下線加工尺寸進行分析，查找出問題所在，并進行實際問題的解決。經(jīng)過實踐證明，起到了很好的效果，對于FTQ的提升，起到了至關(guān)重要的作用。

圖8 2011年至2012年FTQ合格率統(tǒng)計圖

5 結(jié)束語

在曲軸的生產(chǎn)過程中，引入了Q-DAS數(shù)據(jù)分析軟件和二維碼追蹤系統(tǒng)對曲軸的生產(chǎn)過程進行跟蹤和控制，生產(chǎn)實踐證明對曲軸的FTQ起到了良好的促進作用，進一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟效益。

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